Лабораторная работа № 1.
Определение Чисел Вольфа по снимкам Солнца в периоды максимума и
минимума цикла солнечной активности.
Цель работы: определение Чисел Вольфа по снимкам Солнца.
Краткая теория.
Определение чисел Вольфа.
Солнечная активность — это процесс появления и развития активных
образований на Солнце. Солнечная активность — результат сложного
взаимодействия локальных магнитных полей и солнечной плазмы.
На диске Солнца нередко видны необычные образования: участки
пониженной яркости — солнечные пятна и повышенной яркости — факелы.
На краю диска заметны выступы хромосферы — протуберанцы, иногда
появляются короткоживущие очень яркие пятна-вспышки. Все они получили
общее название — активные образования.
Магнитное поле
Сила магнитного поля Солнца всего лишь в 2 раза превосходит
Земную. Однако на отдельных небольших участках оно может
концентрироваться и быть в 3 тыс. раз сильнее, чем обычно. Эти изменения в
магнитном поле происходят потому, что Солнце вращается быстрее на
экваторе, чем на полюсах, а внутренние части вращаются быстрее
поверхности.
Изменение магнитного поля с течением времени
Эти процессы создают такие элементы, начиная от солнечных пятен и
заканчивая захватывающими извержениями, известными как вспышки и
корональные выбросы массы. Вспышки – самые сильные извержения в
Солнечной системе, корональные выбросы массы менее сильные, но
включают большое количество материи – один выброс может
сопровождаться 20 млрд. тонн материи в космос.
Обычно активные образования возникают в так называемых активных
областях Солнца. Эти области могут занимать значительную долю
солнечного диска. Главная характеристика активных областей — выход на
поверхность сильных локальных (т. е. местных)
магнитных полей, намного более сильных, чем
регулярное магнитное поле Солнца. Типичная
для активной области схема магнитного поля
представлена на рисунке.
Солнце, как и другие небесные тела,
вращается вокруг своей оси. Это даёт
возможность определить на нем полюсы и экватор и построить систему
гелиографических координат (Гелиос — Солнце), полностью аналогичных
географическим.
Часто по обе стороны экватора в полосе
гелиографических широт
10—30° появляются солнечные пятна и факелы — светлые
пятнышки, хорошо видные у пятен и у края диска. В телескоп
хорошо различаются тёмный овал пятна и окружающая его
полутень. Обычно пятна появляются группами. Характерный
размер тёмного пятна около 20 000 км. Пятно на фоне фото-
сферы кажется совершенно черным, однако, поскольку в пятне
температура равна 4500 K, его излучение слабее излучения
фотосферы всего в 3 раза.
В пятне наблюдаются сильные магнитные поля (до 4,5 Тл). Именно
наличие магнитного поля и определяет понижение температуры, поскольку
оно препятствует конвекции и уменьшает тем самым поток энергии из
глубинных слоёв Солнца. Пятно появляется в виде чуть расширенного
промежутка между гранулами — в виде поры. Примерно через сутки пора
развивается в круглое пятно, а через 3—4 дня появляется полутень.
Со временем площадь пятна или группы пятен растёт и через 10—12
дней достигает максимума. После этого пятна группы начинают исчезать, и
через полтора-два месяца группа исчезает вообще. Часто группа не успевает
пройти все стадии и исчезает в гораздо более короткие сроки.
Активные образования на Солнце пятна, факелы, флоккулы, вспышки
подчиняются определенной цикличности. Основной цикл солнечной
активности составляет примерно 11 лет по мощности и широтам
возникновения активных образований. В начале цикла активные образования
возникают на высоких широтах (около 30) в обеих полусферах Солнца.
Количество пятен и групп, существующих на Солнце одновременно, в это
время мало. Постепенно их становится все больше и они появляются на все
более низких широтах. Через 4-5 лет наступает максимум активности, после
чего идет спад числа пятен к минимуму в конце цикла.
Наиболее общепринятым индексом, характеризующим пятенную
активность Солнца, является число Вольфа (W).
Ее регулярные определения ведутся более 100 лет (с 1849 г.), а
восстановленные значения есть с 1700 г. Что же это такое? Если мы
обозначим через, f - число пятен и пор, наблюдаемых на диске Солнца в
какой-то день, а через g-число групп пятен, в которые эти пятна
группируются, то W= K(10g + f) и будет число Вольфа. К - коэффициент,
близкий к 1 (чаще К<1). Для каждого телескопа он свой и вводится для
приведения в единую систему наблюдения на разных телескопах. В мировой
практике используют суточные, среднемесячные и среднегодовые значения
чисел Вольфа, или, как их еще называют, относительные числа солнечных
пятен.
Статистика солнечных пятен сводится к подсчету числа групп пятен g
и числа всех пятен f, включая в группы и одиночные пятна. По результатам
подсчета вычисляется число Вольфа: W = 10g + f, берется К = 1.
Определение числа Вольфа на этой фотографии Солнца.
На фотографии изображена 9
групп пятен (из них 7 групп
являются одиночными пятнами);
самая большая в центре и крайняя
левая группа состоят из,
соответственно, 2 и 5 пятен. Таким
образом, общее число пятен на
Солнце равно 14. Число Вольфа
равно
W = 10g+ f = 10•9 + 14 = 104.
Если среднее число Вольфа превышает 200 единиц, а среднее количество
солнечных групп было больше десяти, то такие параметры соответствуют
эпохе максимума пятнообразовательной деятельности Солнца и
максимальной солнечной активности.
В июле 2000 года среднемесячный показатель числа Вольфа достиг
аномальных величин, превысив 300 единиц. Последствием такой солнечной
активности явилось даже наблюдения полярного сияния в Москве и
Подмосковье в ночь с 15 на 16 июля 2000 года (широта 56o).
Полярные сияния могут возникать как следствие сильной магнитной
бури, являющейся последствием солнечной активности.
Задание № 1. Подсчитать число Вольфа W по фотографиям Солнца.
Январь 2017 Февраль 2017 Март 2017
Апрель 2017 Май 2017 Июнь 2017
Июль 2017 Август 2017 Сентябрь 2017
Октябрь 2017 Ноябрь 2017 Декабрь 2017
Заполнить таблицу № 1 и №2 к заданию № 1
Таблицу № 1
фото
число групп
пятен g
число пятен
f
число Вольфа
W
1. январь
2. февраль
3. март
4. апрель
5. май
6. июнь
7. июль
8. август
9. сентябрь
10. октябрь
11. ноябрь
12. декабрь
Таблицу № 2
Визуальные среднемесячные индексы солнечной активности
Месяц
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
W
Задание № 2. Построить график зависимости Солнечной активности от
числа Вольфа по годам (использовать таблицу №3).
Пример построения графика.
Таблица №3 среднемесячных чисел Вольфа
Года
Месяцы
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
2016
50,5
56,1
40,9
39,3
48,9
17,4
32,1
51,3
37,4
29,1
22,4
17,1
2015
101,3
70,7
61,7
72,6
83,2
77,4
68,4
62
72,5
59,6
61,9
54,1
2014
126,7
175
142
130
116,8
107,8
114,4
106,2
129,6
92,1
101,3
120,2
2013
98,9
60,1
82,1
113,4
125,9
80,2
86,2
90,2
55
127,2
125,7
118,3
2012
91,4
50,1
77,5
84,5
99,4
89,5
99,6
86
84
73,5
89,3
60,4
2011
32,2
53,5
81,1
81,7
62,2
55,5
66,7
66
106,4
119
133,1
106,4
2010
21,3
31
24,9
11,2
18,6
18
23,5
28,2
35,3
34,7
36,2
22
2009
2,8
2,5
0,8
1,3
4,1
6,6
5,1
0,4
4,9
6,6
7,7
15,8
2008
5,2
3,9
15,9
4,9
5,7
4,3
1,1
0
1,5
5,2
6,5
1,2
2007
28,2
17,2
9,8
6,9
19,8
20,7
15,6
9,9
4,6
1,3
2,5
15,9
2006
26,7
5,3
21,2
55,2
39,6
24,4
23,1
22,8
25,2
15,8
31,5
22,2
2005
52
43,4
41
41,5
64
59,8
68,7
65,6
39,2
13,1
32,2
62,7
2004
62,3
77,6
80,9
59,3
77,3
77,6
87,8
69,5
50
77,9
70,6
34,7
2003
150
89,4
119,7
114,3
89,6
118
132,8
114,3
82,6
118,9
103
75,7
2002
189
194,5
153,1
194,9
204,1
146
183,5
191
206,4
153,9
159,8
144,8
2001
142,5
131
166,7
163,5
135,1
196,7
124,6
159,4
229,4
197,3
178,6
217,5
2000
146,2
161,9
203,6
188,2
189,1
190,2
238,3
167
157,8
138,9
149,7
146
Сделать вывод об активности Солнца в разные годы.
Вывод:
Контрольные вопросы.
1. Что такое солнечная активность? Какими способами проявляется
солнечная активность?
2. Что такое солнечные пятна? Как от солнечных пятен зависит
солнечная активность?
3. Что такое число Вольфа? Как оно рассчитывается?
4. Как связаны солнечная активность и число Вольфа?
